DE102007004187A1 - Adjustable coolant pump - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stufenlos regelbare Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge zu entwickeln, die weder über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors noch von einem Elektromotor angetrieben wird und die eine erhöhte Kühlleistung nahezu "ohne" Leistungslimitierung ermöglicht und dabei über einen hohen Gesamtwirkungsgrad verfügt, zudem einen minimierten Bauraum bei minimiertem Gewicht erfordert und gleichzeitig einfach und kostengünstig herstellbar ist sowie zudem selbst unter sehr hohen Umgebungstemperaturen zuverlässig und störunanfällig arbeitet. Die erfindungsgemäße regelbare Kühlmittelpumpe mit einem Pumpengehäuse (1), einem im Pumpengehäuse (1) endseitig drehfest auf einer Pumpenwelle (2) angeordneten Flügelrad (3) zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass das dem Flügelrad (3) gegenüberliegende Ende der Pumpenwelle (2) in einen Ölmotor (4) hineinragt und dass im Ölmotor (4) ein Zahnradpaar derart angeordnet ist, wobei eines der beiden Zahnräder (7) auf der Pumpenwelle (2) drehfest angeordnet ist und das andere Zahnrad (7) auf einer drehfest im Ölmotorgehäuse (5) angeordneten Achse (9) dreh- und verschiebbar gelagert ist, wobei im Ölmotorgehäuse (5) mindestens eine mit einer Zulaufblende (28) versehene Hülse (29) angeordnet ist, welche mit einem Ende, gegenüberliegend von der mit dem Ölzulauf verbundenen Versorgungsniere, in die mit dem Ölzulauf verbundene Radkammer (27) mündet und dort bündig mit dieser Radkammer ...The invention has for its object to develop a continuously variable coolant pump for motor vehicles, which is driven neither by a pulley from the crankshaft of the engine nor by an electric motor and allows an increased cooling capacity almost "without" power limitation and thereby has a high overall efficiency , also requires a minimum of space with minimal weight and at the same time simple and inexpensive to produce and also works reliably even under very high ambient temperatures and susceptible to interference. The controllable coolant pump according to the invention with a pump housing (1), an impeller (3) arranged on the pump shaft (2) in the pump housing (1) is characterized, inter alia, by the end of the pump shaft (2) opposite the impeller (3) protrudes into an oil motor (4) and that in the oil motor (4) a pair of gears is arranged such that one of the two gears (7) on the pump shaft (2) is arranged rotationally fixed and the other gear (7) on a rotationally fixed in the oil motor housing (5) arranged axis (9) is mounted rotatably and displaceably, wherein in the oil motor housing (5) at least one with an inlet orifice (28) provided sleeve (29) is arranged, which with one end, opposite from the supply kidney connected to the oil inlet , in the connected to the oil inlet wheel chamber (27) opens and there flush with this wheel chamber ...
Description
Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für Verbrennungsmotore.The The invention relates to a controllable coolant pump for Internal combustion engines.
Eine direkte Kopplung des Flügelrades einer Kühlmittelpumpe mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors beispielsweise eines Kraftfahrzeuges hat zur Folge, dass der jeweils geförderte Kühlmittelvolumenstrom von der Drehzahl des Motors bestimmt wird.A direct coupling of the impeller of a coolant pump with the crankshaft of the internal combustion engine, for example one Motor vehicle has the consequence that the subsidized each Coolant volume flow determined by the speed of the motor becomes.
Daher ist stets der extremste Bedarfsfall maßgebend für die Auslegung der Kühlmittelpumpe, d. h. die Kühlmittelpumpe ist so ausgelegt, dass selbst bei niedriger Drehzahl und hoher Motorbelastung – beispielsweise bei Bergfahrten mit Hänger – eine ausreichende Kühlleistung erzielt wird. Dieser Umstand führt dazu, dass diese nicht regelbaren Kühlmittelpumpen im durchschnittlichen Fahrbetrieb in einem sehr wirkungsgradungünstigen Betriebspunkt arbeiten.Therefore is always the most extreme case of need for the design of the coolant pump, d. H. the coolant pump is designed so that even at low speed and high engine load - for example when driving uphill with trailer - a sufficient Cooling performance is achieved. This circumstance causes that these non-controllable coolant pumps in the average Driving in a very low-efficiency operating point work.
Um die Nachteile dieser direkt von der Kurbelwelle angetriebenen Kühlmittelpumpe zu beseitigen werden im Stand der Technik über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle angetriebene, regelbare Kühlmittelpumpen für Verbrennungsmotore vorbeschrieben.Around the disadvantages of this directly driven by the crankshaft coolant pump to be eliminated in the prior art via a pulley driven by the crankshaft, controllable coolant pumps for internal combustion engines described above.
Generell ist für diese Bauformen kennzeichnend, dass die maximal erreichbare Drehzahl des Flügelrades der maximalen Drehzahl der von der Kurbelwelle angetriebenen Pumpenwelle entspricht.As a general rule is characteristic of these designs that the maximum achievable speed of the impeller of the maximum speed corresponds to the pump shaft driven by the crankshaft.
Diese von der Kurbelwelle über eine Riemenscheibe auf die Pumpenwelle übertragene maximale Drehzahl des Flügelrades kann nun bei den unterschiedlichen im Stand der Technik vorgeschriebenen, regelbaren, von der Kurbelwelle angetriebenen Kühlmittelpumpen, mit den verschiedenartigsten technischen Mitteln reduziert werden.These transmitted from the crankshaft via a pulley on the pump shaft maximum speed of the impeller can now be at the different prescribed in the prior art, adjustable, from the crankshaft driven coolant pumps, with the most diverse technical Funds are reduced.
So
beschreiben beispielsweise die
In
einer anderen, in der
Erst mit dem Erreichen der Betriebstemperatur wird das Flügelrad durch die Anpresskraft eines Thermoelementes von der Pumpenwelle mitgenommen.First when the operating temperature reaches the impeller by the contact pressure of a thermocouple from the pump shaft taken.
Mit all diesen vorgenannten, im Stand der Technik vorbeschrieben Bauformen von regelbaren mittels einer Riemenscheibe angetriebenen Kühlmittelpumpen können die insbesondere bei großvolumige Motoren auftretenden Heißleerlaufprobleme nicht gelöst werden.With all of the aforementioned, previously described in the prior art designs adjustable pulley driven coolant pumps Can the particular large-volume engines occurring hot idling problems are not solved become.
Seitens
der Anmelderin wurde daher in der
Im
Stand der Technik sind jedoch auch, wie beispielsweise u. a. auch
in den Patentanmeldungen
Nachteile dieser von Elektromotoren angetriebenen Kühlmittelpumpen bestehen beispielsweise in dem sehr hohen Bauvolumen (benötigten Raum) wie aber auch in dem sehr hohen Gewicht. Zudem haben diese elektromotorisch angetriebenen Kühlmittelpumpen einen sehr ungünstigen Gesamtwirkungsgrad welcher aus dem Zusammenwirken von Verbrennungsmotor, Lichtmaschine, Batterie, Elektromotor und Pumpe resultiert, da sich die einzelnen nicht gerade optimalen Wirkungsgrade dieser Baugruppen im Zusammenwirken noch überlagern.disadvantage this driven by electric motors coolant pumps exist for example in the very high construction volume (required space) as well as in the very high weight. In addition, these have electric motor driven coolant pumps a very unfavorable Overall efficiency which results from the interaction of combustion engine, Alternator, battery, electric motor and pump results since the individual not exactly optimal efficiencies of these assemblies overlap in cooperation.
Ein anderer Nachteil dieser ausschließlich von Elektromotoren angetriebenen Kühlmittelpumpen resultiert aus dem zumeist auf 12 V begrenzen Bordnetz vieler Kraftfahrzeuge welches die maximale Aufnahmeleistung des einsetzbaren Elektromotors auf ca. 330 W begrenzt.One Another disadvantage of this exclusively by electric motors driven coolant pumps results from the mostly to 12 V limit on-board network of many motor vehicles which the maximum recording power of usable electric motor limited to about 330 W.
Dabei ist die Steuerelektronik der von Elektromotoren angetriebenen Kühlmittelpumpen, bedingt durch die im Motorbereich vorherrschenden hohen Temperaturen, zudem noch sehr störanfällig.there is the control electronics of the electric motor driven coolant pumps, due to the high temperatures prevailing in the engine area, also still very susceptible to trouble.
Im Stand der Technik sind aber auch Kühlmittelpumpen bekannt die an Stelle einer Riemenscheibe bzw. eines Elektromotors von einem separaten, an Stelle einer Riemenscheibe an der Wasserpumpe angekuppelten Hydromotors angetrieben werden. Dabei sind im Ölkreislauf dieser Hydromotore mittels separater Vorsteuerventile geregelte Bypassleitungen angeordnet.In the prior art, however, coolant pumps are also known which are driven instead of a pulley or an electric motor by a separate, coupled in place of a pulley on the water pump hydraulic motor become. In this case, controlled bypass lines are arranged in the oil circuit of these hydraulic motors by means of separate pilot valves.
Diese Lösungen erfordern einerseits sehr hohe Kosten in der Fertigung und der Montag und benötigen ebenfalls wiederum ein sehr hohes Bauvolumen bei hohem Eigengewicht der Einheit. Zudem treten infolge der unterschiedlichen Ventilanordnungen zwangsläufig Druckverluste auf welche ebenfalls einen ungünstigen Gesamtwirkungsgrad zur Folge habenThese On the one hand, solutions require very high production costs and the Monday and again need a very high construction volume with high dead weight of the unit. In addition, kick inevitably due to the different valve arrangements Pressure losses on which also an unfavorable overall efficiency have as a consequence
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine stufenlos regelbare Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge zu entwickeln die die vorgenannten Nachteile vermeidet, weder über eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors noch von einem Elektromotor angetrieben wird, dabei erhöhte Kühlleistungen nahezu „ohne" Leistungslimitierung ermöglicht und zudem gleichzeitig über einen hohem Gesamtwirkungsgrad verfügt, dabei nur einen minimierten Bauraum bei minimiertem Eigengewicht erfordert und gleichzeitig einfach und kostengünstig herstellbar ist und zudem selbst unter sehr hohen Umgebungstemperaturen zuverlässig und störunanfällig arbeitet.Of the Invention is therefore the object of a continuously variable Develop coolant pump for motor vehicles which avoids the aforementioned disadvantages, neither one Pulley from the crankshaft of the engine still from an electric motor is driven, thereby increasing cooling capacity almost "without" performance limitation possible and at the same time a high overall efficiency has, but only a minimal amount of space at minimized Takes weight and at the same time easy and inexpensive can be produced and even under very high ambient temperatures reliable and trouble-free works.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine stufenlos regelbare Kühlmittelpumpe für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Hauptanspruches der Erfindung gelöst.According to the invention this task by a continuously variable coolant pump for motor vehicles with the features of the main claim of Invention solved.
Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten wie auch weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.advantageous Designs, details as well as other features of Invention will become apparent from the dependent claims and the subsequent description of the invention Embodiment in conjunction with the drawings to the solution according to the invention.
Nachfolgend soll nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit fünf Figuren näher erläutert werden.following Now, the invention with reference to an embodiment explained in more detail in conjunction with five figures become.
Es zeigen dabei:It show:
Die
Erfindungswesentlich
ist, dass das dem Flügelrad
Kennzeichnend
ist dabei, dass der Ölmotor
Erfindungsgemäß ist
im Ölmotor
Kennzeichnend
ist auch, dass die Pumpenwelle
Vorteilhaft
ist, wenn diese Lager
Erfindungswesentlich
ist in diesem Zusammenhang weiterhin, dass sich im Deckel
Ein
weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass zentrisch
zur Pumpenwelle
Kennzeichnend
ist in diesem Zusammenhang auch, dass in der Deckelstirnseite
Die
Vorteilhaft
ist, wenn wie in dieser
In
der
Ein
Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung
besteht nun darin, dass die mit dem Ölzulauf
Die
Aus
dieser Darstellung wird ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen
Lösung ersichtlich welches darin besteht, dass im Ölmotorgehäuse
Am
Mantel der Hülse
Die
in der
Dabei
strömt das zwischen dem Zahnrad und der Rückwand
In
dieser, in der
Die
dargestellte, erfindungsgemäße, weder über
eine Riemenscheibe von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors noch
von einem Elektromotor angetriebene regelbare Kühlmittelpumpe
zeichnet sich infolge des erfindungsgemäßen Antriebes
durch eine erhöhte Kühlleistung (nahezu „ohne" Leistungslimitierung),
wie gleichzeitig auch durch einen hohem Gesamtwirkungsgrad bei minimiertem
Bauraum und minimiertem Gewicht aus. In der
In
dieser Arbeitsstellung des Hubkolbens
Erfindungsgemäß sind
die „Öffnungen", d. h. das Verhältnis
des Querschnittes der Zulaufblende
Dadurch
wird der Arbeitskolben
In
dieser Stellung des auf der Achse
Wird
nun mittels des Hubmagneten
Somit ist es mittels der erfindungsgemäßen Lösung möglich eine stufenlos regelbare Flügelraddrehzahl der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe zu realisieren, wobei die vorliegende Lösung einfach und kostengünstig herstellbar ist und zudem selbst unter sehr hohen Umgebungstemperaturen sehr zuverlässig und störunanfällig arbeitet.Consequently it is by means of the solution according to the invention possible a continuously variable impeller speed the coolant pump according to the invention to realize, the present solution is simple and inexpensive can be produced and even under very high ambient temperatures very reliable and trouble-free working.
- 11
- Pumpengehäusepump housing
- 22
- Pumpenwellepump shaft
- 33
- Flügelradimpeller
- 44
- Ölmotormotor oil
- 55
- ÖlmotorgehäuseOil motor housing
- 66
- Deckelcover
- 77
- Zahnradgear
- 88th
- Lagercamp
- 99
- Achseaxis
- 1010
- SacklochbohrungBlind hole
- 1111
- Radialbohrungradial bore
- 1212
- Ringnutenring grooves
- 1313
- DruckentlastungsbohrungPressure relief hole
- 1414
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 1515
- KolbenarbeitsraumPiston working space
- 1616
- Arbeitskolbenworking piston
- 1717
- Druckfedercompression spring
- 1818
- Stirnwandbulkhead
- 1919
- Stirnseitefront
- 2020
- DruckentlastungsraumPressure relief chamber
- 2121
- DeckelstirnseiteCover front side
- 2222
- Ventilsitzvalve seat
- 2323
- Hubkolbenreciprocating
- 2424
- Hubmagnetsolenoid
- 2525
- Ölzulaufoil supply
- 2626
- Ölablaufoil drain
- 2727
- Radkammerwheel well
- 2828
- Zulaufblendeinlet aperture
- 2929
- Hülseshell
- 3030
- WellendichtringShaft seal
- 3131
- Rückwandrear wall
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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